Спосіб очищення води від сірководню

Реферат: Спосіб очищення води від сірководню включає віддувку сірководню з наступним фільтруванням через зернисте завантаження в присутності сполук заліза. Віддувку здійснюють розпилюючи вихідну воду (2) у висхідний потік повітря (8), який підіймається з лінійною швидкістю 53-59 м/год. Повітря попередньо барботують через шар води (9) з частково віддутим сірководнем, та використовують завантаження, попередньо оброблене солями заліза (III). Очищену воду використовують для технологічних потреб. UA 86507 U (12) UA 86507 U UA 86507 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області обробки води, зокрема до фізико-хімічного очищення води від сірководню, і може бути використана в технології як для технологічних потреб, так і питної води. Відомий спосіб очищення води від сірководню (RU патент 2042644 МПК 6 C02F 1/58, опубл. 3 27.08.1995) [1]. В способі [1] підземну воду, що містить 50 мг/дм сірководню, насичують окисником, наприклад киснем повітря, і піддають послідовному фільтруванню через шар зернистого завантаження із антрациту з крупністю зерен 2-4 мм та висотою 450-550 мм, причому в нижньому об'ємі антрацитового завантаження вертикально розміщують металеву сітку в вигляді спіралі висотою 200-250 мм з комірками 3,5 мм та із кварцового піску зернистістю 0,6-1,8 мм і висотою шару 250-350 мм. Згідно з наведеними даними спосіб [1] забезпечує практично повне вилучення сірководню із води. До недоліків даного способу належать виділення великої кількості колоїдної сірки при окисленні сірководню та сульфідів у воді з високою концентрацією сірководню і, відповідно, складність повного її вилучення вказаним шаром зернистого завантаження, при цьому можливе злипання ("цементування") зерен завантаження при великій кількості колоїдної сірки, яка виділяється при окисленні сірководню. Також досить імовірне пасивування поверхні згаданої металевої сітки за рахунок утворення на ній сульфідів, що потребуватиме частої її заміни. Відомий спосіб очищення підземних від сірководню з метою її використання для водопостачання населених пунктів (RU патент 2408544 МПК C02F 1/58, опубл. 10.01.2011) [2]. Суть способу полягає в наступному. Підземну воду насичують киснем повітря та фільтрують через шар незаповненого водою каталітичного завантаження із антрациту з крупністю зерен 5-8 мм. При цьому насичення води киснем повітря проводять одночасно з її фільтруванням шляхом створення неперервної тяги потоку повітря через шар каталітичного завантаження. 3 Концентрацію розчиненого кисню у воді забезпечують рівною 8-9 мг/дм . Після фільтрування проводять регенерацію завантаження шляхом заповнення його водою та поперемінного продування повітрям в напрямку розширення шару завантаження з інтенсивністю, достатньою для відриву частинок сірки, яка осіла на поверхні завантаження. Спосіб забезпечує практично повне очищення води з підвищеною концентрацією сірководню. До недоліків способу [2] належить виділення в шарі зернистого завантаження значної кількості колоїдної сірки при окисленні сірководню з великою концентрацією у вихідній воді та, відповідно, складність запобігання її проскоку через шар зернистого завантаження. Найбільш близьким аналогом до корисної моделі за технічною суттю та результатом, що досягається, є спосіб очищення води від сульфідів та сірководню (В.А. Клячко, И.Э. Апельцин. Очистка природных вод. - М.: Стройиздат, 1971. - с. 475-479 [3]. Спосіб реалізується наступним чином. Вихідну воду попередньо підкислюють (рН 4,3-5), а потім здійснюють віддувку (аерацію) повітрям. Віддувку можна здійснювати в аераційному басейні, градирні або дегазаторі будьякого типу. При аерації також можливе поряд з десорбцією сірководню окислення його частини до колоїдної сірки. Після такої віддувки залишкова концентрація сірководню складає 0,3-0,5 3 мг/дм , тому залишковий сірководень обробляють хлором для його окислення до колоїдної 3 сірки, а воду, яка очищується, змішують з коагулянтом дозою 20-30 мг/дм (наприклад, Аl2(SO4)3 або FeCl3) для зв'язування в пластівці колоїдної сірки і направляють на зернисті фільтри. Воду після фільтрів повторно хлорують та підвищують рН лугом з метою зниження її корозійної активності. Як випливає з технічної суті способу [3], очищення води з високою концентрацією сірководню призводить до виділення в шарі зернистого завантаження значної кількості колоїдної сірки в процесі окислення. Це підтверджується і нашими дослідами з очищення води від сірководню, проведеними 3 згідно зі способом [3]. Для очищення брали воду із вмістом сірководню 22 мг/дм . Спосіб забезпечує практично повне очищення води від сірководню. При цьому тривалість фільтроциклу до регенерації зернистого завантаження від сірки та сульфідів складає не більше 2-х діб. Також слід відмітити наявність реагентного господарства з використанням агресивних і токсичних реагентів (кислоти, коагулянту, хлору та лугу). Основними недоліками способу [3] є мала тривалість фільтроциклу з причини підвищення гідравлічного опору за рахунок заповнення колоїдною сіркою міжзернового простору з частковою "цементацією", а також складність та трудомісткість технології очищення. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити спосіб очищення води від сірководню, в якому здійснення іншого режиму віддувки та використання модифікованого солями заліза (III) зернистого завантаження забезпечує збільшення тривалості фільтроциклу, а також суттєве спрощення технології і реагентного господарства при практично повному 1 UA 86507 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вилученні сірководню з одержанням води для технологічних потреб, а при додатковому очищенні мембранними методами і для пиття. Для вирішення поставленої задачі запропоновано спосіб очищення води від сірководню, що включає віддувку сірководню з наступним фільтруванням через зернисте завантаження в присутності сполук заліза, в якому, згідно з винаходом, віддувку здійснюють, розпилюючи вихідну воду (2) у висхідний потік повітря (8), який підіймається з лінійною швидкістю 53-59 м/год., причому повітря попередньо барботують через шар води (9) з частково віддутим сірководнем та використовують завантаження, попередньо оброблене солями заліза (III), а очищену воду використовують для технологічних потреб; при цьому попередню обробку 3 завантаження здійснюють розчинами солей заліза (III) з концентрацією 100-500 мг/дм (в перерахунку на залізо) протягом 50-70 хв.; як завантаження використовують синтетичне завантаження алюмосилікатної природи, а частину очищеної води додатково очищують баромембранним методом. Аналіз відомих способів очищення води від сірководню [1, 2, 3] показав, що окислення сірководню окисниками, в тому числі і киснем повітря, призводить до утворення колоїдної сірки, яке створює проблему її видалення. Щоб запобігти виникненню такої проблеми запропоновано процес аерації вихідної води здійснювати в такому режимі, при якому б якомога більше сірководню віддувалося в газову фазу в неокисленій формі і якомога менше сірководню окислювалось у водній фазі. Це досягається тим, що процес віддувки проводять з такою інтенсивністю, щоб швидкість віддувки перевищувала швидкість окислення, тобто з лінійною швидкістю 53-59 м/год. При вище наведених умовах концентрація сірководню у воді шляхом 3 3 лише самої віддувки знижується від 22 мг/дм до концентрації на рівні 0,8-1 мг/дм , що дозволяє видалити залишки сірководню фільтруванням через шар зернистого завантаження, попередньо обробленого солями заліза (III) для зв'язування сірководню у формі сульфіду заліза. Слід відмітити, що утворений сульфід заліза легко видаляється із шару зернистого завантаження зворотним потоком води в процесі регенерації. Таким чином, в процесі очищення води від сірководню, досягається збільшення тривалості фільтроциклу, а також спрощення технології очищення за рахунок відсутності складного реагентного господарства. Винахід пояснюється кресленням, де на кресленні представлено схематичне зображення установки. Установка містить ємкість (1) з розміщеними всередині системою розпилення (дощування) води (2) та системою барботування повітря (3); насос (4); колону (5) із зернистим завантаженням (6); станцію дозування солі заліза (7). Спосіб реалізується наступним чином. В ємкість (1) поміщають свердловинну воду (9), що містить сірководень. Через систему барботування (3) подають повітря із лінійною швидкістю 5359 м/год. Для віддувки сірководню із води одночасно за допомогою системи розпилення води (2) вихідну воду розпилюють над об'ємом води (9) в ємкості (1). Воду розпилюють у висхідний потік повітря (8). Процес віддувки здійснювали до досягнення вмісту сірководню у воді на рівні 0,8-1,0 3 мг/дм . Потім воду насосом (4) подають на колону (5) і фільтрують через шар зернистого завантаження (6). Як завантаження використовують зернистий фільтрувальний матеріал алюмосилікатної природи, наприклад, "Filter Ag" (http://www.reskem.com/pdf/filtermedia-filterag.pdf) [4]. Використовують завантаження, попередньо оброблене розчинами солей заліза (III) з 3 концентрацією 100-500 мг/дм (в перерахунку на залізо) протягом 50-70 хв. В процесі очищення у воду перед подачею в колону (5) подають із станції дозування солі заліза (7) до концентрації 3 1-5 мг/дм (по залізу). Кінцевий продукт - вода, якість якої дозволяє її використовувати для 3 технічних потреб. В одержаному фільтраті вміст сірководню становив менше 0,1 мг/дм , при цьому запах сірководню був відсутній. Кількісно вміст сірководню у воді визначали йодометричним методом (Методы исследования качества воды водоемов/Новиков Ю.В., Ласточкина К.О., Болдина З.Н.: Под ред. А.П. Шицковой. - М.: Медицина, - 1990. - 400 с. Стр. 113, 114) [5]. Для одержання питної води частину очищеної води подавали на баромембранну обробку з використанням нанофільтраційної мембрани ОПМН-П (Владипор). В результаті одержували питну воду (пермеат), яка відповідала вимогам (ДСанПіН, 2.2.4-171-10 "Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною") [6]. Очищення води від сірководню проводили як в лабораторних, так і у промислових умовах. Приклади виконання за винаходом. Приклад 1 Очищення води від сірководню в лабораторних умовах (креслення). 2 UA 86507 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 У скляний дрексель (1) поміщали 50 мл свердловинної води (9) з концентрацією сірководню 3 22 мг/дм і через барботажну систему (3) подавали повітря з лінійною швидкістю 59 м/год. В процесі віддувки визначали у воді вміст сірководню, що залишався невіддутим. При досягненні 3 вмісту сірководню на рівні 0,8 мг/дм воду насосом (4) відправляли в колону (5) на фільтрування через шар зернистого завантаження алюмосилікатної природи, наприклад, Filter Ag (6). Попередньо обробку завантаження здійснювали розчинами солей заліза (III) з концентрацією 3 200 мг/дм (в перерахунку на залізо) протягом 60 хв. Як сіль заліза використовували FeCl3·6H2O. При цьому оброблена таким способом вода не мала запаху сірководню, тобто, його 3 концентрація не перевищувала 0,1 мг/ дм . Тривалість фільтроциклу становила 4 доби. Одержану воду можна використовувати для технічних потреб, або після баромембранної обробки споживати як питну воду. Приклад 2 У промислових умовах досліди проводили на промисловій установці, впровадженій в експлуатацію на заводі шампанських вин у Новому Світі (Крим) у травні 2012 року, яка досі успішно працює. 3 Свердловинну воду (9) з концентрацією сірководню 22 мг/дм поміщали в ємкість (1) 3 загальним об'ємом більше 3 м (висота ~ 2 м, діаметр - 1,5 м) Через воду (9) за допомогою системи барботування (3) подавали повітря, створюючи висхідний потік (8). Через систему розпилення (2), розміщену у верхній частині ємкості (1), вихідну воду розпилюють у висхідний потік повітря (8). Процес віддувки здійснювали з лінійною швидкістю 53 м/год. До досягнення у 3 воді вмісту сірководню 1,0 мг/дм . Далі воду насосом (4) подавали на колону (5) із зернистим завантаженням Filter Ag (6) Завантаження було попередньо оброблене розчином солі заліза 3 FeCl3·6H2O з концентрацією 300 мг/дм (в перерахунку на залізо) протягом 70 хв. При тривалості фільтроциклу 4 доби одержували очищену воду, яка не мала запаху сірководню 3 (концентрація сірководню не перевищувала 0,1 мг/дм ). Очищену воду можна використовувати для технічних потреб. При необхідності воду піддавали баромембранній обробці на нанофільтраційних мембранах ОПМН-П ("Владипор"). Це дозволяло одержувати питну воду, яка відповідала вимогам ДСанПіН, 2.2.4-171-10 "Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною". Встановлено, що барботування повітря з лінійною швидкістю 53-59 м/год. забезпечує інтенсивну віддувку сірководню із води, що запобігає утворенню колоїдної сірки та її осадженню на зернистому матеріалі. Віддувка сірководню з меншою швидкістю призводить до утворення більшої кількості колоїдної сірки, та, відповідно, до зменшення продуктивності роботи установки. Верхня межа швидкості подачі повітря обмежена технічними можливостями та вартістю системи барботування. Параметри обробки фільтрувального завантаження солями заліза (концентрацією 100-500 3 мг/дм , час обробки 50-70 хв.) вибрані із умов, що забезпечують підвищення сорбційної здатності зерен завантаження відносно до залишкової кількості сірководню та ефективності утворення сульфідів заліза, які легко видаляються із шару завантаження у процесі промивки (регенерації). Використання концентрації солі заліза нижче тієї, що заявляється, наприклад, 70 3 мг/дм , вимагає збільшення часу обробки до 90 хв., а також збільшення об'єму розчину солі заліза. При цьому знижується ефективність затримки сірководню зернами завантаження. Збільшення концентрації солі заліза при одночасному зменшенні часу обробки завантаження не призводить до покращення затримки сірководню, але призводить до погіршення гідродинамічних умов роботи фільтра. Переваги запропонованого способу очищення води від сірководню, у порівнянні з відомим [3], полягають в наступному: - реалізація способу забезпечує збільшення тривалості фільтроциклу з 2 до 4 діб, тобто у 2 рази при практично повному видаленню сірководню із води; - висока ефективність видалення сірководню досягається без використання агресивних реагентів (хлор, озон, їдкі луги), що, відповідно, призводить до спрощення технології очищення за рахунок відсутності реагентного господарства. 3 UA 86507 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 1. Спосіб очищення води від сірководню, що включає віддувку сірководню з наступним фільтруванням через зернисте завантаження в присутності сполук заліза, який відрізняється тим, що віддувку здійснюють розпилюючи вихідну воду (2) у висхідний потік повітря (8), який підіймається з лінійною швидкістю 53-59 м/год., причому повітря попередньо барботують через шар води (9) з частково віддутим сірководнем, та використовують завантаження, попередньо оброблене солями заліза (III), a очищену воду використовують для технологічних потреб. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що попередню обробку завантаження здійснюють 3 розчинами солей заліза (III) з концентрацією 100-500 мг/дм (в перерахунку на залізо) протягом 50-70 хв. 3. Спосіб за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що як завантаження використовують синтетичне завантаження алюмосилікатної природи. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що частину очищеної води додатково очищують баромембранним методом. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4